海上油田疏松砂岩适度出砂应用技术研究

王 星 王 彬 李 洪 李 慧

（西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610500）

海上油田疏松砂岩适度出砂应用技术研究

王 星 王 彬 李 洪 李 慧

（西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610500）

针对我国近海油田多为疏松砂岩稠油油藏的情况,在常规防砂和出砂冷采的基础上,提出适度出砂开采。论述海上油田适度出砂开采技术的原理及增产机理,以及适合适度出砂开采方式的油藏条件与生产阶段。分析海上油田适度出砂技术关键点“度”的确定依据，给出4种不同平台产出砂处理模式的允许含砂量，讨论海上油田适度出砂技术实施过程中应该注意和解决的关键问题。

疏松砂岩；海上油田；适度出砂；防砂

我国近海油田有大量疏松砂岩油藏,开采过程中极易出砂,出砂量太大会造成砂埋井眼、磨蚀管柱、地面砂处理困难等问题,但防砂作业中如果严格控制出砂量又会造成防砂管堵塞，增加附加表皮系数，使油井产能降低很多。为了在防砂和出砂生产之间寻求最优的解决方案，本文提出在海上疏松砂岩油藏中进行适度出砂生产的防砂方法，使油井既能保证长期高产、稳产，又能保证防砂效果。

1 适度出砂开发方式的原理及增产机理

适度出砂是通过优化产量和油井的产能在防砂生产和出砂生产之间确定最优的生产策略。适度出砂技术是指有选择地防砂，或者有限度地防砂［1］。具体是指：对于出砂油藏，在原油开采过程中，不同粒径的油层砂随地下原油运移，根据运移的油层砂粒度大小及分布，有选择地阻止大于或者等于一定粒径的油层砂随原油运移，这些粒径的油层砂的堆积形成滤砂屏障，进而阻挡较小粒径的油层砂随原油运移，从而达到防止一定粒径的油层砂随原油运移的目的。在形成滤砂屏障以前允许更小粒径的油层砂随原油运移，从而达到改善近井眼地层的物性，充分发挥油层产能。实验证明，砂粒越小，其砂粒间形成的孔隙越小，把小孔隙视为毛孔，毛管流动公式为：

式中：υ—液体渗流速度，cm/s；γ—毛管半径，cm；Δp—毛管两端压差，MPa；μ—液体黏度，mPa·s；L—毛管长度，cm。

孔隙减小，原油流动速度呈二次方下降，原油流动阻力增加，即细粉砂对油层渗透率的降低影响较大，因此应该在原油流动速度超过油层临界速度的范围内，依靠原油的携砂能力，从近井眼地带中，排走油层细粉砂，地层孔道得到疏通，改善近井眼油层物性。

由于允许地层出砂，则可适当放大生产压差，提高油井产量。如图1所示，油井的临界产量随地层强度的提高而增大，在安全生产的前提下进行适度出砂的产量上限与地层强度也有相似的关系。在图中可以明显地看出，油井产量Q2保持在临界出砂产量Q1和安全生产上限产量Q3之间时，油井在适度出砂的同时产量会得到提高。对于强度较高的砂岩地层，由于临界产量高，在同样出砂量的条件下产量提高的幅度会更大一些。

2 适度出砂适用的油藏条件及生产阶段

2.1 适度出砂适用的油藏条件

要在疏松砂岩稠油油藏中实施适度出砂策略，需要对该油藏的自身性质、特点等进行分析，并且要对油藏进行筛选。所需考虑的油藏条件包括：油藏埋深、厚度、物性、压力、原油黏度与密度、原始溶解气油比、油藏胶结情况等。

图1 适度出砂增产示意图

适度出砂技术适用的油藏条件大体与出砂冷采一致，但它毕竟是对出砂进行控制的一种增产技术，因此与出砂冷采又有所不同。

适用的油藏条件包括：

（1）胶结疏松的砂岩油藏，内聚力强度＜20MPa；

（2）储层孔隙度＞25%，渗透率＞500×10-3μm2，含油饱和度＞60%；

（3）油藏埋深＜1 500m；

（4）脱气原油黏度＜4×104mPa·s；

（5）地层原油中含有一定量的溶解气（以10m3/m3左右为宜）；

（6）储层泥质含量＜30%；

（7）距边水、底水层较远；

（8）井距一般为 160～400m，即井网密度为 25～35 口/km2；

（9）须配备携砂能力极强的采油泵和有关采油、集输工艺。

2.2 适度出砂适用的生产阶段

（1）新区。从理论上讲，适度出砂开发稠油油藏技术最好应用于未开发过的新区，从油田刚开始投入开发就进行整体研究、规划、设计和实施，这样可以取得最佳开发效果，充分发挥适度出砂技术的优势。从钻井井型、井网的合理布置到完井、配套设施的规划进行一体化研究，充分发挥油藏潜力，节约投入。

（2）老区。国外也有在老区利用该项技术获得成功的例子。如Husky石油公司于1994年在Blac kFoot稠油油田（埋深 600m，原油密度 0.98g/cm3）的低产和高含水井中下入螺杆泵进行出砂生产，取得了良好的增油降水效果，在换泵后不到半年时间，产量提高幅度达1～6倍，含水下降10%～40%。

（3）热采后期。我国河南油田进行过蒸汽吞吐后转出砂生产的现场试验，但是由于蒸汽吞吐轮次较高，油层压力和溶解气量大幅降低，造成出砂开发试验效果并不理想。因此选用蒸汽吞吐后转适度出砂生产的油藏时要注意油田的衰竭程度。

3 海上油田适度出砂“度”的确定依据

海上油田适度出砂“度”（合适的含砂量）的确定是实现适度出砂的基础。陆上稠油冷采的含砂量可达20%～60%，陆上适度出砂的含砂量可达4%～10%。而海上油田适度出砂由于受到运输能力、平台面积、安全、环保、作业成本等特殊因素的制约，其含砂量与陆地适度出砂相比具有很大差异。主要原因包括：

（1）与陆上油田相比，海上油田处理采出砂存在更多困难。从环保的角度要求不能随便存放砂子，另外受海上平台空间限制，无法摆放大型除砂装置；

（2）海上油田开发不同于陆地，要求高速、强采，尽量减少出砂对油井作业的影响；

（3）海上油田主要为斜井、丛式井，因此下井工具管柱结构以及施工工艺参数与陆地不同；

（4）海上运输安全和环保比陆地要求更高。

因此，需要综合考虑海上油田开发特点、井筒携砂能力、产出砂的处理方式、排放要求以及油井的产能等因素以确定适度出砂 “度”。如果适度出砂的“度”较大，则出砂量就会较大，按照出砂增产的机理，产能恢复得较多，但由于砂埋和砂磨蚀，造成的生产风险也会大大增加；反之，若适度出砂的“度”控制较小，那么出砂量就小，但防砂后的产能降低则越多。因此，适度出砂“度”的把握是适度出砂开采技术发挥最大效益的前提。

3.1 海上油田适度出砂“度”的确定原则

在海上油田由于受到工作场所（海上平台）空间限制，也就是产出砂处理方式的限制，含砂量的确定将会与陆上油田不同。因此，确定海上油田适度出砂的含砂量需要综合考虑多种因素。

（1）国家原油外输固相含量的限制。国家原油外输固相含量的规定为1万m3原油允许的固相含量为3t(0.03%)。因此，海上油井产出液的固相含量只要达到0.03%就可以外输，而超过0.03%的部分就要在平台上处理，如何处理又与下述的生产管理模式密切相关。

（2）海上平台产出砂处理模式的制约。海上油田产出砂处理模式有四种，适度出砂的“度”是收还是放，以及放的多少都与此紧密相关。

第一种模式：混砂原油不经过滤除砂，而直接进入海底管道。地层产出的混砂原油在平台上油水分离后不通过过滤的方式去除地层砂，而是直接进入海底管道，这样就要求产出液的固相含量必须达到原油外输的固相含量的标准，否则，海底管道堆积大量的地层砂，处理起来费用高、难度大。在此模式下，必须提高防砂精度，加强防砂，适度出砂的“度”不能超过0.3‰。

第二种模式：混砂原油在平台上过滤除砂，达标后再进入海底管道。地层产出的混砂原油在平台上经油水分离后，通过过滤的方式去除多余的地层砂，使之达到国家原油外输标准。该模式下适度出砂的“度”就与油井单井配产量、平台总井数、平台预留的堆积地层砂的空间体积、从平台到陆地的运砂周期等密切相关。产液量高、井数多，则需要处理的地层砂就多，平台预留的空间体积就要大，用船运到地面的周期就短。所以，该模式下适度出砂的“度”必须结合油井产量、平台井数、平台上存砂体积以及运砂周期等综合评价。

第三种模式：混砂原油直接运往陆地处理。地层产出的混砂原油在平台上经油水分离后直接用油轮运送到陆地，此时，产出的地层砂和原油混合在一起被运走，到地面再处理。此时，适度出砂的“度”可以放得更大一些。

第四种模式：地层产出的混砂原油在平台上经油水分离后，经过过滤，将过滤出来的砂直接倒入海洋。

（3）油井防砂效果评价指标中含砂量的限制。按照行业指标，含砂量＞0.08%，视为防砂失败。因此，要求海上油田油井产液的含砂量≤0.08%。

（4）出砂不造成整个储层骨架的破坏，不会使储层段塌陷。研究表明，当地层出砂量＞5%时，易造成储层骨架的破坏坍塌，因此要求适度出砂量＜5%。

（5）井筒携砂能力的限制。地层产出砂要能够被携带出井筒，不会在井底大量积砂［3-4］。

3.2 海上油田适度出砂“度”的标定

不同的产出砂处理模式，适度出砂的标准是不一样的，油田实际应用时标准见表1。

表1 海上油田产出砂处理模式下适度出砂的标准

所有出砂井的挡砂精度都要根据表中的标准来反推，也就是通过出砂模拟实验来确定不同地层砂情况下的挡砂精度。

其次，无论采用哪种处理模式，从产出流体中将砂子分离出来是一个关键问题。目前比较成熟的分离手段是采用旋风式分离器进行分离［5］。

4 海上油田适度出砂技术实施关键问题

适度出砂技术是将地层防砂、井筒携砂、地面脱砂相结合，涉及近井地带储层物性预测、井眼内筛管与井壁环空地层砂的分选与自然沉积以及挡砂层的形成与稳固、原油携砂流动与举升、地面携砂原油的集输和除砂等各个技术领域的综合，其关键技术体现在以下几个方面：

（1）适度出砂机理研究。适度出砂机理研究主要为实施适度出砂提供理论依据，是其他相关技术的基础。

（2）出砂状态及储层物性预测。适度出砂生产要解决的一个基础问题是油井临界出砂界限和出砂带半径的预测。根据临界压差模型可以确定临界出砂状态，临界压差的确定与特定的地层主要受哪种出砂机理的控制有关。有了临界压差还要建立出砂带半径随出砂量变化预测模型来预测生产压差大于临界压差时出砂量与出砂带半径的关系。

预测适度出砂不同出砂量对地层孔隙度的影响，通过建立孔隙度与渗透率关系模型，预测地层渗透率变化，为适度出砂效果评价提供物性参数。

（3）井筒携砂能力评估。由于适度出砂允许地层少量出砂，这就要求井筒中的流体具有足够的携带能力，能将产出的砂粒携带至地面，以防止砂粒沉积于井底或抽油泵中形成砂埋而影响生产。因此，需要研究油井不同产量下携砂能力，确定不同产出液条件下允许的最大含砂浓度、砂粒粒径。

（4）适度出砂“度”的确定。 适度出砂“度”（合适的含砂量）的确定是实施适度出砂的基础。由于海上油田开发的特殊性，因此，需要综合考虑海上油田开发特点、井筒携砂能力、产出砂的处理方式、排放要求以及油井的产能等因素确定适度出砂“度”。

（5）适度出砂挡砂精度设计。适度出砂挡砂精度是实现适度出砂生产的关键，现有的挡砂精度设计方法不能满足适度出砂要求，对海上油田适度出砂“度”标定后，需要设计合理的挡砂精度，保证油井出砂量与适度出砂“度”相匹配。

（6）适度出砂油井增产效果评价。通过对比不同完井方式下适度出砂与常规防砂产能，评价适度出砂效果，为适度出砂完井方法优选提供依据，同时，适度出砂增产效果评价可以更好的指导海上油田实施适度出砂生产，提高油田开发经济效益。

5 结 论

（1）针对海上疏松砂岩油藏的特点，合理利用“适度出砂”开采方式对地层渗透率加以改善及允许放大生产压差，可以最大限度的释放油井产能，提高油井产量。

（2）通过精细储层评价以及使用各种先进的预测及评价手段，适度防砂的技术已经能够做到有的放矢，以确保提高油田产量。同时，海上油田进行适度防砂生产必须要建立临界压差和出砂量预测模型、砂子输送预测模型和设备侵蚀率预测模型。

（3）随着平台及地面处理砂能力的逐步提高、井下工具等配套技术的发展以及工艺措施的不断完善，适度防砂技术中的“度”必会进一步放大。

[1]韩国庆,符翔,吴晓东,等.适度出砂开采方式在海上油田的应用[J].国外油田工程,2004，20(2)：19-21.

[2]何更生.油层物理[M].北京：石油工业出版社,1994.

[3]田红,邓金根,孟艳山,等.渤海稠油油藏出砂规律室内模拟实验研究[J].石油学报,2005,26(4):85-86.

[4]周守为.海上稠油高效开发新模式研究及应用[J].西南石油大学学报,2007,29(5):1-4.

[5]田刚,唐洪明,王春华.疏松砂岩稠油油藏适度出砂开采方式研究[J].新疆石油地质，2007,28(2)：198-199.

Abstract：This paper proposes the reasonable sand producing process for China's offshore unconsolidated sandstone heavy oil reservoir,based on conventional sand control and cold flow production process.It discusses the technical principles and mechanism of production for the reasonable sand producing process,as well as reservoir conditions and production stage suitable for this process.It summarizes and analyzes the determined base of the key technical point “degree” for the reasonable sand producing process.Besides,this paper shows the amount of sand allowed for the four different processing mode of platforms output sand.Finally,this paper discusses comprehensively several critical issues that should be paid more attention to and be resolved in advance in application of this process.

Key words：unconsolidated sandstone；offshore oil field；reasonable sand producing；sand control

Study on the Proper Sand Control for Unconsolidated Sandstone Offshore Oilfield

WANG XingWANG Bin LI HongLI Hui
(State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500)

TE358

A

1673-1980（2012）01-0016-04

2011-09-21

国家科技重大专项（2008ZX05024-003-03）

王星（1985-），男，陕西咸阳人，西南石油大学在读硕士研究生，研究方向为油气藏工程和完井工程。